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计算机网络 第一章 计算机网络体系结构

800人浏览 / 0人评论 / | 作者:因情语写  | 分类: 计算机网络  | 标签: 计算机网络  | 

作者:因情语写

链接:https://www.proprogrammar.com/article/759

声明:请尊重原作者的劳动,如需转载请注明出处


1、计算机网络概述

  • 1. 计算机网络的概念、组成与功能
  • 2. 计算机网络的分类
  • 3. 计算机网络的标准化工作及相关组织

2、计算机网络体系结构与参考模型

  • 1. 计算机网络分层结构
  • 2. 计算机网络协议、接口、服务等概念
  • 3. ISO/OSI 参考模型和 TCP/IP 模型

1.1、 计算机网络概述

计算机网络:就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来,以功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等)
实现网络中资源共享和信息传递的系统。

计算机网络的组成

(1) 边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的,用来进行通信(传送数据、音频或视频)和资源共享。
(2) 核心部分 由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。
边缘部分与核心部分
资源子网与通信子网

1.1.2、 计算机网络的分类

作用范围

广域网 WAN (Wide Area Network)
局域网 LAN (Local Area Network)
城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
个人区域网 PAN (Personal Area Network)

从网络的使用者进行分类

公用网 (public network)
专用网 (private network)

按网络的拓扑结构分类

星形、总线、环形、树形、网形;

1.1.3 计算机网络的标准化工作及相关组织

国际上制定通信协议和标准的主要组织:

(1) IEEE:局域网,无线局域网
(2) ISO:网络参考模型
(3) ITU

标准化四个阶段

1、因特网草案(Internet Draft)
在这个阶段还不是 RFC 文档。
2、建议标准(Proposed Standard)
从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
3、草案标准(Draft Standard)
4、因特网标准(Internet Standard)

1.2、 计算机网络体系结构与参考模型

1.2.1、 计算机网络分层结构

对于非常复杂的计算机网络协议,最好的方法是采用分层式结构。
每一层关注和解决通信中的某一方面的规则。
各层之间是独立的,灵活性好,结构上可以分开,易于实现和维护,促进标准化工作。

网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作
例如,规定传输的帧格式,帧的最大长度等。

划分层次的必要性

1、计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。
2、这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题(同步含有时序的意思)。
3、网络协议(network protocol),简称为协议,是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

层数多少要适当?

1、若层数太少,就会使每一层的协议太复杂。
2、层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

计算机网络的体系结构

1、计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。
2、体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。
3、实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。
4、体系结构是抽象的,而实现则是具体的,是真正在运行的计算机硬件和软件。

1.2.2 计算机网络协议、 接口、 服务等概念

1.协议

协议总是指某一层协议,是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。

网络协议的三个要素:

(1)语义(Semantics)。
(2)语法(Syntax)。
(3)同步即定时(Timing)。

网络协议的组成要素

1、语法 数据与控制信息的结构或格式 。
2、语义 需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。
3、同步 事件实现顺序的详细说明。

2 接口(服务访问点)

同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方。

3.服务(service)

为保证上层对等体之间能相互通信,下层向上层提供的功能。
实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
在协议的控制下,两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。
要实现本层协议,还需要使用下层所提供的服务。
本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。
下面的协议对上面的服务用户是透明的。
协议是“水平的”,即协议是控制对等实体之间通信的规则。
服务是“垂直的”,即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

1.2.3 ISO/OSI 参考模型和 TCP/IP 模型

1.ISO/OSI 参考模型

只要遵循 OSI 标准,一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。

在市场化方面 OSI 却失败了。

OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力;
OSI 的协议实现起来过分复杂,且运行效率很低;
OSI 标准的制定周期太长,因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场;
OSI 的层次划分并也不太合理,有些功能在多个层次中重复出现。

最低 3 层(1~3)是依赖网络的,牵涉到将两台通信计算机链接在一起所使用的数据通信网的相关协议。
高三层(5~7)是面向应用的,牵涉到允许两个终端用户应用进程交互作用的协议。
中间的传输层为面向应用的上 3 层遮蔽了跟网络有关的下 3 层的详细操作。本质上讲,它建立在由下 3 层提供的服务上,为面向应用的高层提供网络无关的信息交换服务。
OSI 模型本身并未确切地描述用于各层的具体服务和协议,它仅仅告诉我们每一层应该做什么。

物理层:通信在信道上传输的原始比特流。

1、用多少伏特电压表示“1”,多少伏特电压表示“0”;一个比特持续多少微秒;传输是否在两个方向上同时进行;
2、处理机械的、电气的和过程的接口,以及物理层下的物理传输介质问题。
3、物理层的关键技术是信号与接口。

数据链路层:在网络上沿着网络链路在相邻结点之间移动数据的技术规范。

1、物理层不关心接收和传送的比特流的含意和结构,只能依赖各链路层来产生和识别帧的边界。
2、帧是一种信息单位,每一帧应该包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。
3、控制信息包括同步信息(帧的开始、结束信息)、地址信息、差错控制信息以及流量控制信息等。

网络层:确定分组从源端到达目的端的路由。

1、网络层是通信子网的最高层,它的任务是选择合适的路由和交换节点,以透明地向目的站传输发送站所发送的分组信息,即路由选择是网络层的一项主要工作。
2、网络层传送数据的单位是分组,就是将一个报文分成等长的分组。

传输层:从会话层接收数据,并且在必要时把它分成较小的单位,传递给网络层,并确保到达对方的各段信息正确无误。
传输层是真正的从源到目标的“端到端”的层。源端机上的某程序,利用报文头和控制报文与目标机上的类似程序进行对话。

会话层: 允许不同机器上的用户建立会话关系, 提供对某些应用有用的增强服务会话,可被用于远程登录到分时系统或在两台机器间传递文件等应用中。
管理对话和同步。在数据流中插入校验点。每次网络崩溃后,仅需要重传最后一个校验点以后的数据。

表示层:关心的是面向应用的信息的语法和语义。

典型的例子是用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。

1、为了让采用不同表示法的计算机之间能进行通信,交换中使用的数据结构可以用抽象的方式来定义,并且使用标准的编码方式。
2、表示层管理这些抽象数据结构,并且在计算机内部表示法和网络的标准表示法之间进行转换。

应用层:括程序执行的功能和操作员执行的功能。在 OSI 环境下,只有应用层是直接为用户服务的。

1、应用层包括的功能最多,应用层协议很多,例如虚拟终端协议 VTP,电子邮件,事务处理等。
2、文件传输,电子邮件、远程作业录入、名录查询和其他各种通用和专用的功能。

2.TCP/IP 模型

TCP/IP 广泛应用
TCP/IP
事实上
国际标准。

互联网络层:使主机可以把分组发往任何网络,并使分组独立地传向目的地(可能经由不同的物理网络)。
1、到达的顺序和发送的顺序可能不同,因此如需要按顺序发送及接收时,高层必须对分组排序。

2、定义了标准的分组格式和协议,即 IP 协议
3、选择分组路由和避免阻塞是这里主要的设计问题。

传输层:使源端和目的端主机上的对等实体可以进行通信,和 OSI 的传输层类似。
1、传输控制协议 TCP。它是一个面向连接的协议,允许从一台机器发出的字节流无差错地发往互联网上的其他机器。 TCP 要处理流量控制。
2、用户数据报协议 UDP。它是一个不可靠的、无连接协议,应用于只有一次的客户-服务器模式的请求-应答查询,以及快速递交比准确递交更重要的应用程序,如传输语音或影像。

应用层。它包含所有的高层协议。
文件传输协议(FTP)
电子邮件协议(SMTP)
邮局协议(POP)
域名服务 DNS 用于把主机名映射到网络地址
HTTP 协议,用于在万维网(WWW)上获取主页等

TCP/IP 是四层的体系结构
应用层、传输层、网际层和网络接口层。

因此往往采取折中的办法,即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点,采用一种只有五层协议的体系结构 。

五层协议的体系结构-事实模型

• 应用层(application layer)
• 传输层(transport layer)
• 网络层(network layer)
• 数据链路层(data link layer)
• 物理层(physical layer)

路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用传输层和应用层。

OSI 参考模型与 TCP/IP 参考模型的比较

对 OSI 参考模型的评价

1、层次数量与内容选择不是很好,会话层很少用到,表示层几乎是空的,数据链路层与网络层有很多的子层插入;
2、寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现,降低系统效率;
3、数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了;
4、参考模型的设计更多是被通信的思想所支配,不适合于计算机与软件的工作方式;
5、严格按照层次模型编程的软件效率很低。

对 TCP/IP 参考模型评价

1、在服务、接口与协议的区别上不很清楚,一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开,参考模型不适合于其它非 TCP/IP 协议族;
2、 TCP/IP 参考模型的主机-网络层本身并不是实际的一层;
3、物理层与数据链路层的划分是必要和合理的, 而 TCP/IP 参考模型却没有做到这点。

09-33 在 OSI 参考模型中,自下而上第一个提供端到端服务的层次是 ()
A.数据链路层 B.传输层 C.会话层 D.应用层

10-33 下列选项中,不属于网络体系结构中所描述的内容是
A.网络的层次 B.每一层使用的协议
C.协议的内部实现细节 D.每一层必须完成的功能

12-33.在 TCP/IP 体系结构中,直接为 ICMP 提供服务的协议是
A. PPP B. IP C. UDP D. TCP

题型总结

1 体系结构 概念
2 参考模型 协议


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